存储的一些基本概念

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SCSI (Small Computer System Interface, 小型计算机系统接口)

是一种用于计算机及其周边设备(硬盘,软驱,光驱,打印机,扫描仪等)的系统级接口的独立处理器标准。

SCSI-3于1992年制定。大致规格与速率如下:

规格

pin脚数

位数

速率

Ultra3 SCSI

68, 80

16

1280 Mbps, 即 160 MB/s

Ultra-320 SCSI

68, 80

16

2560 Mbps, 即 320 MB/s

Ultra-640 SCSI

68, 80

16

5120 Mbps, 即 640 MB/s

SAS (Serial Attached SCSI, 串列SCSI)

串列SCSI,由并行SCSI物理接口演化而来。

SAS支持与串列ATA设备兼容,且两者可以使用相类似的电缆。SATA的硬盘可接在SAS的控制器使用,但SAS硬盘并不能接在SATA的控制器使用。

  • 第一代SAS为阵列中的每个驱动器提供 3.0 Gbps(约3000 Mbps) 的传输速率。

  • 第二代SAS为阵列中的每个驱动器提供 6.0 Gbps(约6000 Mbps) 的传输速率。

  • 第三代SAS为阵列中的每个驱动器提供 12.0 Gbps(约12000 Mbps) 的传输速率。

ATA (Advanced Technology Attachment)

ATA,与由 IDE(Integrated Drive Electronics, 集成驱动电子设备) 技术实现的磁盘驱动器关系最密切

IDE 是一种计算机系统接口,主要用于硬盘和CD-ROM,本意为“把控制器和盘体集成在一起的硬盘”。

PATA(Parallel ATA)是一种接口标准,用于对存储设备,如硬盘、软盘、光驱等的连接。

SATA (Serial ATA) 于2002年推出后,原有的ATA改名为PATA. 2013年,PATA接口退出历史舞台。

SATA (Serial ATA)

SATA 是一种计算机总线标准,负责总线到大容量存储(如硬盘、光驱、SSD等)之间的数据传输,主要用于个人计算机

SATA硬盘可以接在 SAS接口上,但反之不行。

SATA版本

带宽

理论速度

SATA 1.0

1.5 Gbps

150 MB/s

SATA 2.0

3 Gbps

300 MB/s

SATA 3.0

6 Gbps

600 MB/s

SATA Express

16 Gbps

1600 MB/s

带宽/速度换算:

在一些新的技术标准中,为了防止数据在高速传输中出错而加入校验码,比如PCI-E 2.0、USB 3.0和SATA 3.0中采用的是8/10编码,每10位编码中只有8位是真实数据。 

所以,在计算的时候,需要将带宽先乘以80%, 然后再除以8bits/Byte, 即 * 0.8/8 = *0.1 

SAN (Storage Area Network)

SAN 是一种连接外接存储设备和服务器的架构。通常使用光纤通道技术、磁盘阵列、磁带柜、光盘柜等技术实现。

特点是:连接到服务器的存储设备,会被服务器的操作系统视为直连的存储设备

数据中心最初都是SCSI磁盘阵列的“孤岛”群。每个单独的小“岛屿”都是一个专门的直接连接存储器应用,并且被视作无数个“虚拟硬盘驱动器”(例如LUNs)。本质上,SAN就是将一个个存储“孤岛”使用高速网络连接起来,这样使得所有的应用可以访问所有的磁盘。

操作系统会将SAN视为一组 LUN(可理解为虚拟硬盘),并且在 LUN 上维护自己的文件系统。这些不能在多个操作系统/主机之间进行共享的本地文件系统。

SAN主要是提供块存储的功能,NAS主要是提供文件存储的功能。

DAS,即直连存储(DIrect Attached Storage). 

DAS、NAS、SAN的比较

从连接方式看3种存储的不同:

SAN与NAS的结合:

NAS (Network Attached Storage)

与SAN主要提供块存储不同,NAS主要提供文件存储。

NAS用的是以文件为单位的通信协议,例如像是NFS(在Unix系统上很常见,较难用于Windows系统)或是SMB(常用于Windows系统,也可用于Linux系统,权限管理强于NFS)。

关于NAS,如果亲手搭建过NFS或SMB,就更加容易理解了:

LVM(Logic Volume Management)

LVM利用Linux内核的device-mapper来实现存储系统的虚拟化(系统分区独立于底层硬件)。 

LVM是逻辑盘卷管理(LogicalVolumeManager)的简称,它是Linux环境下对磁盘分区进行管理的一种机制。

LVM是建立在硬盘和 分区之上的一个逻辑层。通过LVM,系统管理员可以将若干个磁盘分区连接为一个整块的卷组 (volumegroup),形成一个存储池。管理员可以在卷组上随意创建逻辑卷组(logicalvolumes),并进一步在逻辑卷组上创建文件系 统。管理员通过LVM可以方便的调整存储卷组的大小,并且可以对磁盘存储按照组的方式进行命名、管理和分配,例如按照使用用途进行定义:“development”和“sales”,而不是使用物理磁盘名“sda”和“sdb”。而且当系统添加了新的磁盘,通过LVM管理员就不必将磁盘的文件移动到新的磁盘上以充分利用新的存储空间,而是直接扩展文件系统跨越磁盘即可。

基本概念如下:

  • 物理存储介质(PhysicalStorageMedia)

        指系统的物理存储设备:磁盘,如:/dev/hda、/dev/sda等,是存储系统最底层的存储单元

  • 物理卷(Physical Volume,PV)

       指磁盘分区或从逻辑上与磁盘分区具有同样功能的设备(如RAID),是LVM的基本存储逻辑块,但和基本的物理存储介质(如分区、磁盘等)比较,却包含有与LVM相关的管理参数。

  • 卷组(Volume Group,VG)

        类似于非LVM系统中的物理磁盘,其由一个或多个物理卷PV组成。可以在卷组上创建一个或多个LV(逻辑卷)。

  • 逻辑卷(Logical Volume,LV)

       类似于非LVM系统中的磁盘分区,逻辑卷建立在卷组VG之上。在逻辑卷LV之上可以建立文件系统(比如/home或者/usr等)。

  • 物理块(Physical Extent,PE)

       每一个物理卷PV被划分为称为PE(Physical Extents)的基本单元,具有唯一编号的PE是可以被LVM寻址的最小单元。PE的大小是可配置的,默认为4MB。所以物理卷(PV)由大小等同的基本单元PE组成。

  • 逻辑块(Logical Extent,LE)

        逻辑卷LV也被划分为可被寻址的基本单位,称为LE。在同一个卷组中,LE的大小和PE是相同的,并且一一对应。

和非LVM系统将包含分区信息的元数据保存在位于分区的起始位置的分区表中一样,逻辑卷以及卷组相关的元数据也是保存在位于物理卷起始处的VGDA(卷组描述符区域)中。VGDA包括以下内容:PV描述符、VG描述符、LV描述符、和一些PE描述符。

系统启动LVM时激活VG,并将VGDA加载至内存,来识别LV的实际物理存储位置。当系统进行I/O操作时,就会根据VGDA建立的映射机制来访问实际的物理位置。


参考文献

1. 小型计算机系统接口

2. SATA

3. ATA: (Advanced Technology Attachment) 

4. SAN

5. NAS

6. LVM

(完)

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